Genom Jerman pertama dinyahkod; Penyelidik menganalisis dua set kromosom dalam genom manusia secara berasingan buat kali pertama

2023 Pengarang: Bailey Leapman | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-09-16 19:43

Ralat dalam menyalin dan membaca gen boleh membawa akibat yang sangat serius. Mujurlah bahan genetik manusia tersedia dalam bentuk pendua kerana setiap orang mewarisi genom lengkap daripada ibu dan bapa mereka. Walau bagaimanapun, kedua-dua genom adalah berbeza: penyelidik merujuk kepada variasi jujukan gen yang berbeza pada kromosom individu sebagai "haplotip" dan analisis lengkap genom memerlukan pengetahuan terperinci tentang kedua-dua haplotip. Para saintis di Institut Max Planck untuk Genetik Molekul di Berlin kini telah menyahkod secara menyeluruh kedua-dua set kromosom daripada genom manusia secara berasingan buat kali pertama. Langkah ini penting untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang biologi manusia, analisis risiko penyakit dan, oleh itu, pembangunan strategi baharu dan lebih individu untuk pencegahan dan rawatan penyakit.

Genom yang dinyahkod sepenuhnya oleh pasukan Margret Hoehe juga merupakan genom jujukan sepenuhnya pertama bagi individu Jerman.

Setiap orang mewarisi genom daripada ibu dan bapa mereka, bermakna setiap daripada 22 kromosom mereka (autosom), termasuk gen yang terkandung di dalamnya, wujud dalam pendua. Satu-satunya pengecualian kepada peraturan ini ialah dua kromosom seks (23^{rd pasangan kromosom). Kedua-dua set kromosom berbeza antara satu sama lain, dan versi berbeza ini pada kawasan genomik yang setara dipanggil haplotip. Para saintis dari Institut Max Planck untuk Genetik Molekul di Berlin kini telah menyelesaikan genom manusia hampir sepenuhnya ke dalam haplotip molekulnya, dengan itu menyahkod dua genom individu. Dalam edisi semasa jurnal Genome Research, Margret Hoehe dan rakan-rakannya menerangkan cara mereka memperuntukkan lebih 99 peratus daripada semua perbezaan asas (SNP), sejumlah lebih tiga juta SNP, kepada salah satu daripada dua versi setiap kromosom. Ini adalah genom Jerman pertama yang telah dinyahkod sepenuhnya dan yang pertama dianalisis pada tahap perincian yang tidak dicapai sebelum ini.}

Teknologi penjujukan semasa tidak menyampaikan kedua-dua set kromosom secara berasingan tetapi sebaliknya menyediakan gabungan kedua-dua versi. Oleh itu, para saintis terpaksa membangunkan kaedah baru untuk dapat mengenal pasti urutan huruf genetik yang berbeza untuk kedua-dua versi kromosom secara berasingan. "Pada dasarnya, kita masing-masing mempunyai dua genom, diwarisi daripada setiap ibu bapa kita, dan kita perlu melihat ini secara berasingan dan pada interaksi mereka untuk memahami sepenuhnya biologi genom, " kata Margret Hoehe, ketua kumpulan penyelidikan. "Kami sentiasa merujuk kepada 'genom'. Walau bagaimanapun, adalah penting untuk pembangunan perubatan peribadi bahawa dua set kromosom individu dianggap secara berasingan kerana ia boleh berbeza mengenai kod genetiknya dan, akibatnya juga, fungsi yang dikodkan."

Analisis sistematik komprehensif bagi haplotaip genom manusia, yang dijalankan di Berlin, mewakili kemajuan saintifik yang penting. Dalam kajian mereka, yang dibiayai oleh Rangkaian Penyelidikan Genom Kebangsaan Jerman, Hoehe dan pasukannya berjaya menyahkod secara berasingan untuk kedua-dua kromosom menetapkan jujukan hampir semua gen dalam genom lelaki Jerman berusia 51 tahun. Yang penting, 90 peratus daripada gen wujud dalam dua bentuk molekul yang berbeza. "Dua set kromosom dalam genom peribadi kita berbeza pada jumlah kira-kira dua juta kedudukan. Akibatnya, untuk menggambarkan pelan tindakan biologi semula jadi kita secara keseluruhan, bukannya membaca genom sebagai produk campuran, seperti yang berlaku sebelum ini, dalam masa depan, setiap satu daripada dua haplotaip mesti ditentukan secara berasingan, " kata Hoehe.

Para saintis juga berjaya buat pertama kalinya dalam merekodkan genom dalam keperibadian molekulnya. Antara 60 dan 70 peratus, i.e. majoriti gen, hanya timbul dalam bentuk molekul ciri mereka dalam individu yang genomnya baru dianalisis. "Penemuan kami menunjukkan dengan jelas bahawa biologi gen dan genom mempunyai komponen individu yang kuat, " jelas Hoehe. Wawasan ini amat penting untuk pembangunan rawatan peribadi untuk pesakit individu kerana "untuk ubat peribadi yang benar-benar berkesan kita mesti mengetahui kedua-dua haplotip seseorang kerana kedua-duanya mempengaruhi keadaan kesihatan atau penyakitnya, " kata Hoehe. Satu contoh yang baik ialah gen BRCA1, yang menyebabkan kecenderungan untuk kanser payudara dalam bentuk mutasinya. Genom subjek berusia 51 tahun yang diperiksa dalam kajian ini membawa dua mutasi dalam gen kanser payudara ini - untungnya dalam salinan gen yang sama. Salinan pada kromosom yang lain tidak berubah. Akibatnya, walaupun kedua-dua mutasi ini, genom mempunyai versi gen yang sihat. "Pengetahuan sama ada mutasi mempengaruhi kedua-dua haplotip adalah penting untuk dapat menilai risiko masa depan pesakit untuk mengembangkan penyakit, " kata Hoehe. Secara keseluruhan, saintis mengenal pasti 159 gen bermutasi dalam subjek ujian mereka dengan potensi predisposisi penyakit, yang boleh menjejaskan fungsi protein. Dalam 86 gen ini, mutasi ditemui dalam salinan gen yang sama.

Penemuan saintis Max Planck menimbulkan persoalan baharu dan asas untuk pertimbangan masa hadapan: Bagaimanakah dua bentuk molekul gen yang berbeza berkelakuan antara satu sama lain? Adakah mereka bekerjasama atau menentang satu sama lain? Antara dua bentuk gen yang manakah dominan dan mengapa? Gen hanya boleh membuat seseorang sakit jika satu bentuk mengatasi yang lain atau jika kedua-dua salinan terjejas. "Oleh itu, pembezaan haplotip adalah penting untuk membolehkan kita memahami pada masa hadapan bagaimana penyakit timbul dan bagaimana ia boleh dirawat," kata Hoehe.